[发明专利]变流器系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种变流器系统及其控制方法，变流器系统包括：变流器、电机、速度传感器和控制装置，在变流器系统正常运行时，控制装置采用速度传感器采样的转子位置信号对变流器进行控制，并根据电机的转子电流误差实时监测速度传感器的状态。当速度传感器的信号出现异常时，控制装置采用转子位置估算信号代替速度传感器采样的转子位置信号对变流器进行控制。本发明变流器系统及控制方法能够解决变流器系统在速度传感器信号异常后出现故障停机的技术问题，减少了维修前变流器系统的停机时间，提高了速度传感器信号异常时的系统稳定性。

技术领域

本发明涉及变流技术领域，尤其是涉及一种用于改善风电变流器在速度传感器信号异常时运行性能的系统及其控制方法。

背景技术

风电是目前发展最快，并最具有规模化和商业化发展前景的可再生能源利用方式。双馈型发电技术是较为适合兆瓦级大功率变速恒频风力发电的技术方案，在风力发电系统中占有非常重要的地位。对双馈电机控制而言，其控制性能对转速和转子位置的精确检测有着较大的依赖性。在双馈型风电系统中，速度传感器是故障发生率较高的一类部件。速度传感器的工作环境的电磁条件比较恶劣，信号也比较容易受干扰。当速度传感器信号异常时，会引发变流器的过压、过流等故障。

双馈变流器系统的结构原理示意图如附图1所示，双馈变流器系统主要由网侧变流器1、机侧变流器2、电机3、Crowbar电路4等组成。其中，网侧变流器1主要负责变流器和电网6之间的能量交互，维持直流电压稳定。机侧变流器2主要负责电机3的有功、无功控制。Crowbar电路4主要是为了防止在低电压穿越等恶劣工况下，变流器的过压和过流等异常故障发生。当检测出低电压穿越等恶劣工况时，变流器内部的IGBT元件导通。双馈变流器的控制主要采用矢量控制或直接功率控制，都需要将转子的电流信号变换到定子侧的坐标系，变换过程需要转子的位置信号，而转子位置信号的质量将会直接影响到系统的运行性能和稳定性。双馈变流器系统还包括速度传感器5、网侧电感7、转子电流传感器8和定子电流传感器9。

为了完全消除位置传感器故障等带来的影响，不少学者进行了无速度传感器控制方面的研究，但是研究基本都是基于电机稳态运行情况，速度和位置信号的计算精度受电机参数影响严重。这些研究基本上都没有考虑低电压穿越时转子位置估算的稳定性，因此在机组处于低电压穿越工况时，电网电压骤升、骤降都会引起电机参数变化。另外，还会在电机磁链、定转子电流中引入大量的直流分量和负序分量，以上各种情况都会严重影响位置信号的估算。因此，现在兆瓦级双馈风电机组中都安装了速度传感器。

在现有技术中主要有以下两篇文献与本发明申请的技术方案相近：

现有技术1为北京清能华福风电技术有限公司于2008年11月03日申请，并于2009年03月18日公开，公开号为CN101388639A的中国发明专利申请《双馈风力发电机无位置传感器矢量控制方法》。该发明专利申请公布了一种双馈风力发电机无位置传感器矢量控制方法。该控制方法采用基于模型参考自适应模块的闭环算法辨识双馈异步风力发电机的转子位置和转速。这使得无位置传感器的矢量控制成为可能，并且使得发电机系统的成本降低，而其抗干扰能力得到提高。同时，该控制方法还采用改进电压模型观测磁链的方法对定子静止坐标系下的定子磁链和转子静止坐标系下的转子磁链进行观测，能够解决采用高通滤波法进行磁链观测得到的磁链相位超前，幅值变小的问题，得到与真实值相位和幅值一致的磁链。但是，其还存在以下一些不足：在位置估算中需使用转子电压。在同步转速附近时，转子电压受死区、器件管压降影响很大，计算采用的转子电压和实际生效的转子电压之间会存在较大误差，转子电压的精度会严重影响位置信号计算的准确性。